(57)【要約】【課題】過充電により内圧が上昇した場合にガス圧を外部に逃がす安全機構を備えた単体電池を多数備えた電池モジュールに対して、漏れ出た電解液から周辺機構部を保護するための手段を追加的に設ける。【解決手段】複数の単体電池１０ａ〜１０ｄを直列接続してなる電池モジュール１００。各単体電池は、漏れ出た電解液と接触する導電部材５０ａ〜５０ｄを有している。任意の１つの単体電池１０ａの一方の電極２１ａに対して、全ての単体電池１０ａ〜１０ｄの導電部材５０ａ〜５０ｄを並列に接続し、これらの接続部６１ａ〜６１ｄのいずれかに電流が流れた場合にそれを検知する検知機構６０を設ける。液漏れが生じた単体電池に係る接続部６１ａ〜６１ｄには電流が流れるので、これを検知して警告すれば、隣接する他の単体電池や周辺機構部に電解液が達する前に、当該単体電池を電池モジュール１００から取り外して周辺機構等を保護できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単体電池（１０ａ〜１０ｄ）を直列接続してなる電池モジュールにおいて、
（１）
各単体電池は、
正極、負極、およびこれら両極間に充填される電解質を含む発電要素（２０）を、最内層にシール層を有する積層外装材（３０）に封入し、当該積層外装材（３０）の周縁部をシールし、
上記積層外装材（３０）の周縁部の一部に電池外周縁（４１）から内側に退避して延在する退避シール部（３１ａ）を設けることで、発電要素（２０）が封止された封止領域（３５）から区画された隔離領域（４０）が形成され、
隔離領域（４０）内に、電池外部に露出する導電部材（５０）を配置するとともに、退避シール部（３１ａ）は、少なくとも部分的に他のシール部（３１）よりもシール強度を弱く設定して構成されており、
（２）
当該電池モジュールは、
任意の１つの単体電池（１０ａ）の一方の電極（２１ａ）に対して、全ての単体電池の導電部材（５０ａ〜５０ｄ）を並列に接続し、これらの接続部（６１ａ〜６１ｄ）のいずれかに電流が流れた場合にそれを検知する検知機構（６０）を備えたことを特徴とする、電池モジュール。
【請求項２】
上記各単体電池について、退避シール部（３１ａ）のシール強度を弱く設定した部分は、他のシール部とは異なるシール樹脂を用いることでシール強度を弱めていることを特徴とする、請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
上記各単体電池について、退避シール部（３１ａ）のシール強度を弱く設定した部分のシール強度は、他のシール部のシール強度の３０〜７０％であることを特徴とする、請求項１または２記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液漏れ検知機構を備えた電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気を動力源とする電気自動車や、エンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する電池モジュールが種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
自動車に使用する電池モジュールでは、多数の単体電池を直列に接続して２００〜３００ボルトの高電圧を得ているが、各単体電池においては、充放電の繰返しに伴って内部にガスが発生して内圧が上昇し、当該単体電池を包む外装フィルム（ラミネートフィルム）が破損する恐れがある。
【０００４】
一方、特許文献３には、過充電によりリチウム二次電池の内圧が上昇した場合に、安全弁機構によりガス圧を外部に逃がして、ラミネートフィルムの破損を未然に防止する技術が開示されている。
すなわち、発電要素を包むフィルム材周辺の熱シール部の一部に強度の弱い部分を設けて、この部分を安全弁として利用している。過充電により内圧が上昇すると、当該強度の弱い部分が剥離して、この部分からガスが外部に逃げる。このようにして、ガス圧を外部に逃がすことで各単体電池のラミネートフィルムの破損は防止できる。
【０００５】
しかし、ガス圧を逃がすために開口した部分から電解液が流出すると、電池モジュール内で隣接する他の単体電池や、周辺の保持機構部が電解液に接して、これらが破損するという別の問題が生じる。つまり、ガスを外部に逃がしてラミネートフィルムの破損を防ぐだけでは、その周辺機構の破損まで防ぐことはできない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４２９５１号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１３６号公報
【特許文献３】特開平１１−９７０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、電池モジュール内の各単体電池におけるラミネートフィルムの破損を防止するだけでなく、流出した電解液から周辺機構を守るための何らかの手段を講じることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を有効に解決するために創案されたものであって、以下の特徴を備えた、液漏れ検知機構付きの電池モジュールを提供する。
【０００９】
本発明の電池モジュールは、複数の単体電池を直列接続してなる。
（１）各単体電池は、
正極、負極、およびこれら両極間に充填される電解質を含む発電要素を、最内層にシール層を有する積層外装材に封入し、当該積層外装材の周縁部をシールして構成される。
上記積層外装材の周縁部の一部に電池外周縁から内側に退避して延在する退避シール部を設けることで、発電要素が封止された封止領域から区画された隔離領域が形成される。
隔離領域内に、電池外部に露出する導電部材を配置するとともに、退避シール部は、少なくとも部分的に他のシール部よりもシール強度を弱く設定されている。
（２）当該電池モジュールは、
任意の１つの単体電池の一方の電極に対して、全ての単体電池の導電部材を並列に接続し、これらの接続部のいずれかに電流が流れた場合にそれを検知する検知機構を備える。
【００１０】
なお、各単体電池において退避シール部のシール強度を相対的に弱くする具体的な手法としては、上記シール層を構成するシール樹脂の種類を異ならせて、シール強度に差を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を備える本発明の電池モジュールに含まれる各単体電池は、以下に説明する通り、液漏れを検知する機能を有する。
すなわち、過充電等によって単体電池の内圧が上昇した場合に、「封止領域」と「隔離領域」との境界に位置する「退避シール部」が剥離し、そこからガスが逃げるとともに、電解液が「隔離領域」内へと漏れ出る。そして、漏れ出た電解液が「隔離領域」内に配置された「導電部材」に達すると、これにより、当該「導電部材」と上記「任意の１つの単体電池の一方の電極」との間に電位差が生じる。
【００１２】
つまり、この電位差により生じる電流を検知することで、隔離領域内に電解液が漏れ出たことを検知できる。また、各単体電池の「導電部材」は、上記「任意の１つの単体電池の一方の電極」に対して並列接続されているので、どの単体電池に液漏れが生じたのかを特定することができる。
したがって、電解液が漏れ出た事実を何らかの方法で警告すれば（例えば、光や音を利用した警告）、電解液が隣接する他の単体電池や周辺機構部に達する前に、電池モジュールから当該単体電池を取り外して、周辺機構等を保護することができる。
【００１３】
また、各単体電池において、「隔離領域」は、電池外周縁から内部に退避した退避シール部によって規定されているので、電池側面から内側に入り込んだ位置に存在することとなる。したがって、「隔離領域」内に漏れ出した電解液は、表面張力の作用で当該「隔離領域」内にある程度の時間は保持される。したがって、上記警告を発した後、電解液が実際に周辺機構部等まで拡がるのに要する時間を長くすることができるので、実際に単体電池を取り外すまでに多少時間を要したとしても、周辺機構部まで電解液が拡がることを高い確率で防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１５】
≪電池モジュール１００の全体構成≫
図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュール１００の全体構成を示す概略図である。図１の例では、電池モジュール１００は、４つ単体電池１０ａ〜１０ｄと検知装置６０とを含む。単体電池１０ａ〜１０ｄは、すべて同じ構成を有する。
【００１６】
図２に示したように、単体電池１０ａ〜１０ｄは、上下のプレート１０１と１０２との間に挟持されていて、両プレート１０１、１０２は、適宜の固定具（図示せず）で連結される。なお、図１では、上側のプレート１０１の図示を省略して、プレート１０２上での単体電池１０ａ〜１０ｄの配置を示している。
【００１７】
本発明の電池モジュールにおいては、そこに含まれるいずれか１つの単体電池について液漏れが生じた場合に、「液漏れが生じた事実」を検知するとともに、「いずれの単体電池に液漏れが生じたのかを特定」することができる。それらについて説明する前に、まず図４〜図６を参照して、個々の単体電池の構成を説明する。
【００１８】
≪単体電池１０の構成≫
図４は、単体電池１０の一例を示す概略分解斜視図である。図５は、組み立て状態における単体電池１０を示す斜視図である。
単体電池１０は、発電要素２０を外装フィルム３０で封止して構成される。発電要素２０は、それ自体は従来から知られたものである。簡単に説明すると、ポリマー電解質を保持したセパレータの両側に、正極および負極を配置したものであって、正極につながる正極リード２１および負極につながる負極リード２２が外部に突出している。
【００１９】
外装フィルム３０は、その中央線３０ａにおいて２つに折り畳まれて発電要素２０を挟み込むとともに、正極リード２１および負極リード２２を外部に突出させた状態で、折畳線３０ａ以外の３方を熱シールすることで、発電要素２０を密封している（図５）。このため、外装フィルム３０は、その最内層（図４中の上面）にシール樹脂層を有している。
【００２０】
なお、後に詳述するが、３辺をシールする際に、正極リード２１と負極リード２２の間には金属ストリップ５０（導電部材）が挟み込まれる。この領域おいて、シール部は電池内部へと退避するように延在する退避シール部３１ａとされ、これにより、隔離領域４０を規定している。「隔離領域」とは、電池内部において、発電要素２０を封止する封止領域３５から「隔離」されているという意味である。
この隔離領域４０内に導電部材を配置し、これを利用して、液漏れ検知機能を実現している。
【００２１】
≪液漏れを検知する原理≫
図６は、図５に示した単体電池１０の正面図である。斜線を付した領域３１、３１ａがシール部であって、これらのシール部３１、３１ａにより、発電要素２０を密閉収容する封止領域３５が規定されている。
正極リード２１と負極リード２２の間の領域において、シール部の一部３１ａ（退避シール部）は、電池外周縁４１から内側へ退避するよう延在して形成されていて、これにより隔離領域４０が規定されている。
すなわち、退避シール部３１ａによって、封止領域３５と隔離領域４０とが区画されている。
【００２２】
単体電池１０内において、封止領域３５と隔離領域４０との境界を定める退避シール部３１ａは、他の周縁シール部３１よりもシール強度が弱く設定されている。
このようにシール強度に相対的な差を設けると、過充電により単体電池の内圧が上昇した場合に、最初に強度の弱い退避シール部３１ａが剥離して、この部分からガス圧を外部に逃がすことができる。また、剥離した箇所からはガスだけでなく電解液も流出するが、退避シール部３１ａは隔離領域４０に隣接しているので、流出した電解液は隔離領域４０内に入る。
【００２３】
一方、隔離領域４０内には、金属ストリップ５０が配置されていて、この金属ストリップ５０は、電池外部へ突出している。すなわち、退避シール部３１ａが剥離して電解液が隔離領域４０内に入り、更に金属ストリップ５０に達すると、金属ストリップ５０と正極リード２１または負極リード２２との間に電位差が生じる。
したがって、これを利用して液漏れが生じたことを検出できる。具体的な検出機構について、後述する。
【００２４】
金属ストリップ５０は、隔離領域４０内に適宜の手段を用いて固定される。例えば、接着剤や固定ブロックを用いることができる。
また、単体電池の外周縁４１に沿って、その両側の周縁シール部３１を直線的に結ぶシール部（図示せず）を設けて、これにより金属ストリップ５０を固定してもよい。その場合には、当該不図示の直線的なシール部は、退避シール部３１ａと同じシール強度としたり、離散的にシールする等して、ガスを外部に逃がし得る構成とすべきである。
【００２５】
≪退避シール部３１ａの強度を相対的に弱くするための手段≫
各単体電池においては、退避シール部３１ａのシール強度を、他の周縁シール部３１のシール強度よりも相対的に弱くして、内圧が上昇した場合に、退避シール部３１ａにおいて最初に剥離が起こるように構成する。
シール強度を相対的に弱くする具体的手段については、特定のものに限定されない。図示した例では、退避シール部３１ａを周縁シール部３１よりも幅狭に構成し、これによりシール強度に差をもたせている。
これ以外にも、例えば、外装材３０の最内層に設けるヒートシール層を構成するシール樹脂の種類を異ならせることでシール強度に差を設けることができる。
【００２６】
例えば、退避シール部３１ａのシール強度は、他のシール部（図示の例では、周縁シール部３１）のシール強度の３０〜７０％程度に設定することが好ましい。
【００２７】
なお、退避シール部３１ａは、必ずしもその全体についてシール強度を相対的に弱める必要はなく、少なくとも一部分についてシール強度を弱くし、最初に剥離した箇所から漏れ出した電解液を隔離領域４０内に導ける構成であれば足りる。その場合に、金属ストリップ５０（導電部材）の一端は、当該「シール強度の弱い箇所」にできるだけ近づけて配置することが望ましい。近く配置するほど、液漏れを迅速に検知できるというメリットがある。
【００２８】
≪単体電池の他の例≫
図示した実施形態では、液漏れを検知する導電部材として金属ストリップ５０を使用しているが、電気を通す手段であれば、他のもので代用してもよい。また、導電部材は、少なくとも何らかの形で電池外部に露出していて、そこに検出装置を導通接続できる構成であれば足り、必ずしも、図示した例のように電池外方に突出している必要はない。
【００２９】
また、隔離領域４０についても、図示の例以外にも、単体電池１０の側片や、コーナー部等、適宜の位置に配置することが可能である。
【００３０】
≪電池モジュール１００における液漏検知の原理≫
以上に説明した単体電池を多数内蔵した本発明の電池モジュールにおいて、「液漏れが発生した事実の検知」および「液漏れが生じた単体電池の特定」を如何にして行うのかを次に説明する。
【００３１】
図１および図２に示したように、下方側のプレート１０２の内面には、少なくとも表面が導電性を有する細長い導通プレート１１１〜１１５が固定されている。導通プレート１１２、１１３、１１４は、それぞれ隣接する２つの単体電池の正極と負極を導通接続し、これにより、電池モジュール１００内の全ての単体電池１０ａ〜１０ｄを直列に接続している。
一方、両端の導通プレート１１１および１１５は、それぞれ、単体電池１０ａの正極および単体電池１０ｄの負極をモータ等の駆動対象に連結する。
【００３２】
検知装置６０内では、単体電池１０ａの正極リード２１ａに対して、すべての単体電池１０ａ〜１０ｄの導電部材５０ａ〜５０ｄが並列に接続されている。例えば、単体電池１０ｃに液漏れが生じると、正極リード２１ａと導電部材５０ｃとの間に起電力が生じるので、接続部６１ｃに電流が流れる。したがって、この電流を検知することで液漏れが生じた事実を知ることができる。他の単体電池に液漏れが生じた場合も同じである。
また、各接続部６１ａ〜６１ｄは互いに並列の関係にあるので、接続部６１ｃに電流が流れた場合には、単体電池１０ｃに液漏れが生じていると一意に特定できる。つまり、どの単体電池に液漏れが生じた場合でも、当該単体電池を特定することが可能である。
【００３３】
以上のようにして、どの単体電池に液漏れが生じたのかを即座に検出することが可能であるから、これを検知装置６０に接続した何らかの警告手段７０で警告（例えば、音や光等を利用する）すれば、漏れた電解液が隔離領域４０を出て周辺外部に達する前に、電池モジュールから当該単体電池を取り外すことが可能となる。その結果、隣接する他の単体電池や周辺の機構部に電解液が付着して破損等に至ることを未然に防止できる。
【００３４】
なお、図示の例では、単体電池１０ａの正極リード２１ａを検知装置６０内に引き込んで、これに対して各導電部材５０ａ〜５０ｄを並列に接続しているが、単体電池１０ａに限らず他の単体電池であってもよく、いずれか１つの単体電池を任意に選べばよい。さらに、正極リードでなく負極リードを検知装置６０内に引き込んで、これに対して各導電部材５０ａ〜５０ｄを並列に接続してもよい。
【００３５】
また、図６から分かるように、隔離領域４０は、電池外周縁４１から内部に退避して延在する退避シール部３１ａによって規定されているので、電池側面から落ち込んだ位置に存在することとなる。したがって、隔離領域４０内に漏れ出した電解液は、表面張力の作用で隔離領域４０内にある程度の時間は保持される（この時間は、漏れ出す液量が少ない程に長くなる）。つまり、上記警告を発した後、実際に単体電池を取り外すまでの時間を稼ぐことができる。
【００３６】
≪電池モジュール１００内における単体電池の数≫
図１、２に説明した例においては、電池モジュール１００は、４つの単体電池１０ａ〜１０ｄを含んでいたが、本発明の電池モジュールにおいて、単体電池の数に特に制限はない。必要な電圧に応じて、適正数の電池単体を直列接続すればよい。
図１、２では、２次元に配列した４つの単体電池１０ａ〜１０ｄを上下のプレート１０１と１０２の間に挟持していたが、例えば、図３に示したようにこれを積み重ねて３次元的に配列すれば、より多くの単体電池を１つの電池モジュールに含めることができる。
この場合であっても、図１に示したのと同じ原理に従って、全ての単体電池を直列接続し、導電部材を並列接続すれば、いずれの単体電池に液漏れが発生したのかを迅速に検知できる。
【００３７】
図３の例では、側方に設けた連結プレート１０７をビス１０８で固定することで積層体を一体的に保持している。また、必要に応じて、上プレート１０１の端面に突出する連結用突起１０５、１０６を適宜の締結具で連結することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池モジュールの全体構成を説明する概略図。
【図２】図１に示した電池モジュール１００の検知装置６０以外の部分の構造を説明する分解斜視図。
【図３】単体電池を３次元的に配置した他の例を示す斜視図。
【図４】本発明の電池モジュール１００に用いる単体電池の分解斜視図。
【図５】図４の単体電池を組み立てた状態で示した斜視図。
【図６】図５の単体電池の正面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１０ａ〜１０ｄ  単体電池
２０  発電要素
２１  正極リード
２２  負極リード
３０  外装フィルム
３０ａ  中央線（折畳線）
３１  周縁シール部
３１ａ  退避シール部
３５  封止領域
４０  隔離領域
４１  電池外周縁
５０  金属ストリップ（導電部材）
１００  電池モジュール
１０１  上プレート
１０２  下プレート
１０５、１０６  連結用突起
１０７  連結プレート
１０８  ビス
１１１〜１１６  導通プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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